Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

MAI HOÀNG PHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO

MAI HOÀNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT

SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

- VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI

QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI – 2021

MAI HOÀNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT

SỐ THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

- VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI

QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS PHẠM XUÂN QUẾ

2 TS NGUYỄN MẠNH HÙNG

HÀ NỘI – 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào

Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021

Tác giả luận án

Mai Hoàng Phương

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được Luận án, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học công nghệ, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí, quý thầy cô tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí - Khoa Vật lí, Trường đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Vật lí, tổ lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí trường đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần và thời gian cho tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu Ban giám hiệu, quý thầy cô và các em học sinh tại các trường: Trung học thực hành Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, THPT Nguyễn Thái Bình, THPT Võ Văn Kiệt, THCS-THPT Hoa Sen, đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tìm hiểu thực tiễn dạy học và triển khai thực nghiệm

Bằng cả tấm lòng và sự tôn kính của mình, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến Nhà giáo Nhân dân, PGS.TS Phạm Xuân Quế, TS Nguyễn Mạnh Hùng

đã tận tâm hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận

án

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp, gia đình, bạn bè

đã luôn động viên, giúp đỡ, khuyến khích tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án

Hà Nội, ngày 20 tháng 1 năm 2021

Tác giả luận án

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ xi

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Giả thuyết khoa học 4

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 5

7 Những đóng góp của đề tài 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8

1.1 Các nghiên cứu về quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 8

1.2 Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề 10

1.3 Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10 12

1.4 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 16

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 17

2.1 Dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí 17

2.1.1 Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu 17

2.1.2 Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu 17

2.1.3 Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu 18

2.1.4 Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu 19

2.1.4.1 Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu 192.1.4.2 Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu 222.1.4.3 Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu 242.1.5 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu 272.1.5.1 Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu 272.1.5.2 Đề xuất các biện pháp phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu 342.2 Quy trình tổ chức hoạt động dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 372.3 Vị trí của TNKNMT-TNTTTMH trong tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu42

2.3.1 Khái niệm TNKNMT và TNTTTMH 432.3.2 Vị trí của TNKNMT và TNTTTMH trong tiến trình DH dựa trên nghiên cứu 45KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 45CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH VÀ THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC TRÊN MÀN HÌNH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”– VẬT LÍ 10 THEO QUAN ĐIỂM DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 473.1 Yêu cầu xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh 473.2 Khó khăn và giải pháp khi xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 483.2.1 Khó khăn và giải pháp khi xây dựng thí nghiệm vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 483.2.2 Khó khăn và giải pháp khi xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 50

3.3 Quy trình xây dựng các thí nghiệm kĩ thuật số trong dạy học dựa trên nghiên

cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh 51

3.4 Xây dựng và hoàn thiện thí nghiệm kết nối máy tính và thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy học một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 52

3.4.1 Sự cần thiết xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE và bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL 52

3.4.2 Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE hỗ trợ dạy học vật lí 56

3.4.2.1 Xây dựng và hoàn thiện TNTTTMH Phys-ISE 56

3.4.2.2 Các TN có thể tiến hành với TNTTTMH Phys-ISE 61

3.4.3 Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT 70

3.4.3.1 Xây dựng và hoàn thiện bộ cảm biến lực-gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT 70

3.4.3.2 Các TN có thể tiến hành với bộ cảm biến lực – gia tốc kết nối máy tính không dây Phys-MBL trong bộ TNKNMT 77

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 82

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC DỰA TRÊN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” CÓ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT SỐ ĐÃ HOÀN THIỆN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 83

4.1 Phân tích nội dung kiến thức “Động lực học và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT 83

4.1.1 Cấu trúc logic các kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT 83

4.1.2 Mục tiêu phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 87

4.2 Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu một số kiến thức về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 có sử dụng thí nghiệm kĩ thuật số đã hoàn thiện nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 94

4.2.1 Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu định luật III Newton 94

4.2.1.1 Tiến trình xây dựng kiến thức định luật III Newton 94

4.2.1.2 Tổ chức hoạt động dạy học định luật III Newton 97

4.2.1.3 Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học định luật III Newton 103

4.2.2 Thiết kế tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu ĐLBT động lượng 107

4.2.2.1 Tiến trình xây dựng kiến thức ĐLBT động lượng 107

4.2.2.2 Tổ chức hoạt động dạy học ĐLBT động lượng 111

4.2.2.3 Rubric đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh khi dạy học ĐLBT động lượng 116

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 121

CHƯƠNG 5 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 122

5.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 122

5.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 122

5.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 122

5.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 122

5.2.1 Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm 122

5.2.2 Quy trình thực nghiệm 123

5.2.3 Nội dung thực nghiệm 124

5.2.4 Chọn phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm 125

5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 126

5.3.1 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 1 126

5.3.2 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm vòng 2 128

5.3.2.1 Phân tích định tính 128

5.3.2.2 Phân tích định lượng 140

KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 146

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT 147

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 149

TÀI LIỆU THAM KHẢO 150

PHỤ LỤC 154

PHỤ LỤC 1 - Bảng khảo sát thực trạng 154PHỤ LỤC 2 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật I Newton 169PHỤ LỤC 3 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu định luật II Newton 182PHỤ LỤC 4 - Thiết kế tiến trình DH dựa trên nghiên cứu ĐLBT Cơ năng 197PHỤ LỤC 5 - Một số hình ảnh triển khai TNSP 210

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thứ tự Từ viết tắt Từ viết đầy đủ

12 Phys-ISE Physics Interactive on the Screen Experiment

13 Phys-MBL Physics Microcomputer Based Lab

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Bảng tiêu chí chất lượng năng lực giải quyết vấn đề 32

Bảng 2 2 Bảng kiểm quan sát NLGQVĐ của HS 33

Bảng 2 3 Hình thức thu thập thông tin ở HS được sử dụng trong đánh giá 34

Bảng 3 1 Các nút chức năng của TNTTTMH Phys-ISE 59

Bảng 3 2 Các nút chức năng “Thước chuẩn” 59

Bảng 3 3 Nút chức năng “Hệ trục tọa độ” 60

Bảng 3 4 Nút chức năng “Phân tích” 60

Bảng 3 5 Nút chức năng “Tính toán – Vẽ vec-tơ” 61

Bảng 3 6 Bảng thiết bị và chức năng phần cứng 73

Bảng 3 7 Các nút công cụ xử lí số liệu 75

Bảng 3 8 Chọn cổng kết nối và chọn tần số lấy mẫu 77

Bảng 4 1 mục tiêu phát triển NLGQVĐ khi tổ chức dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn 94

Bảng 4 2 Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton 95

Bảng 4 3 Thiết bị thí nghiệm trong DH kiến thức định luật III Newton 108

Bảng 5 1 Danh sách HS trường THPT Võ Văn Kiệt 124

Bảng 5 2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 124

Bảng 5 3 Ba năng lực thành phần và bảy chỉ số hành vi 125

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 1 Các năng lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh 11

Hình 2 1 Lí thuyết cân bằng của J Piaget 20

Hình 2 2 Dạy học đi trước sự phát triển của L Vygotxki 20

Hình 2 3 Chu trình sáng tạo khoa học (Theo V G Razumôpxki) 23

Hình 2 4 Hiểu biết và sử dụng của GV về TNKNMT – TNTTTMH 26

Hình 2 5 Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề 29

Hình 3 1 Giao diện chính của TNTTTMH Phys-ISE 58

Hình 3 2 Nút chức năng “Thước chuẩn” 59

Hình 3 3 Giao diện Nút chức năng “Hệ trục tọa độ” 59

Hình 3 4 Giao diện Nút chức năng “Phân tích” 60

Hình 3 5 Giao diện Nút chức năng “Tính toán – Vẽ vec-tơ” 60

Hình 3 6 Đoạn phim được sử dụng khi nghiên cứu định luật I Newton 62

Hình 3 7 Bảng số liệu và đồ thị của vật (đĩa) chuyển động theo thời gian 62

Hình 3 8 Đồ thị vận tốc của vật trước và sau va chạm 63

Hình 3 9 Khảo sát chuyển động thẳng đều của viên bi trên thanh ray 64

Hình 3 10 Bảng số liệu và đồ thị chuyển động thẳng đều của viên bi 64

Hình 3 11 Kết quả TN ĐL III Newton sử dụng TNTTTMH Phys-ISE 65

Hình 3 12 Kết quả TN ĐL BTĐL sử dụng TNTTTMH Phys-ISE 67

Hình 3 13 Bộ cảm biến Lực – Gia tốc kết nối máy tính không dây 73

Hình 3 14 Giao diện TNKNMT PHYS-MBL hiển thị số liệu 74

Hình 3 15 Sao chép dữ liệu từ bảng biểu sang chương trình bảng tính Excel 75

Hình 3 16 Thêm và chọn thiết bị Devices (Bluetooth) 76

Hình 3 17 Chọn thiết bị H-C-2010-06-01 và nhập mã Pin 1234 76

Hình 3 18 Kết quả thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc 78

Hình 3 19 Bố trí thí nghiệm xe động lực có gắn bộ cảm biến lực - gia tốc 79

Hình 3 20 Kết quả thí nghiệm ĐL II Newton 80

Hình 3 21 Hai xe động lực có gắn hai cảm biến lực – gia tốc tác động kéo - nén 81 Hình 3 22 Kết quả thí nghiệm ĐL III Newton 82

Hình 5 1 Lớp bồi dưỡng chuyên đề và hướng dẫn sử dụng TNTTTMH 123

Hình 5 2 Các mức độ đạt được HV 1.1 của HS qua 4 kiến thức 141

Hình 5 3 Các mức độ đạt được HV 1.2 của HS qua 4 kiến thức 142

Hình 5 4 Các mức độ đạt được HV 1.3 của HS qua 4 kiến thức 142

Hình 5 5 Các mức độ đạt được HV 2.3 của HS qua 4 kiến thức 143

Hình 5 6 Các mức độ đạt được HV 3.1 của HS qua 4 kiến thức 144

Hình 5 7 Các mức độ đạt được HV 3.2 của HS qua 4 kiến thức 144

Hình 5 8 Các mức độ đạt được HV 3.3 của HS qua 4 kiến thức 145

Hình 5 9 Một số hình ảnh các hoạt động thực nghiệm 211

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2 1 Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường lí thuyết theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 40

Sơ đồ 2 2 Sơ đồ khái quát quy trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường thực nghiệm theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu 41

Sơ đồ 3 1 Sơ đồ hệ thống thiết bị TNKNMT 70

Sơ đồ 3 2 Sơ đồ bộ cảm biến kết nối máy tính 71

Sơ đồ 4 1 Sơ đồ logic kiến thức ĐLH chất điểm - Vật lí 10 84

Sơ đồ 4 2 Sơ đồ logic kiến thức các ĐLBT - Vật lí 10 85

Sơ đồ 4 3 Sơ đồ logic một số kiến thức quan trọng về “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” 86

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Giáo dục phổ thông nước ta đang thực hiện bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc học của sinh học được cái gì đến chỗ quan tâm học sinh vận dụng được cái

gì qua việc học Để đảm bảo được điều đó, nhất định phải thực hiện thành công việc chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền thụ một chiều" sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, hình thành năng lực và phẩm chất; đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra trí nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề [6]

Đổi mới giáo dục được thể hiện trong nhiều văn bản như luật Giáo dục số 38/2005/QH11, Điều 28, mục số 2 quy định: "Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh" [32]; Nghị quyết hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kĩ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kĩ năng, phát triển năng lực Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy

và học” [1] Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020 ban hành kèm theo Quyết định 711/QĐ-TTg ngày 13/6/2012 của Thủ tướng Chính phủ chỉ rõ: "Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của người học" [39]

Dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng cần phải chú trọng đổi mới phương pháp dạy học sao cho vai trò tự chủ của học sinh trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày một nâng cao, để từ đó năng lực giải quyết vấn đề của họ được bộc lộ

và ngày càng phát triển Để đạt được điều đó, trong quá trình dạy học ở trường phổ thông cần phải tổ chức sao cho học sinh được tham gia vào quá trình hoạt động nhận thức phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học, qua đó ngoài việc có thể giúp học sinh trang bị kiến thức cho mình, đồng thời còn tạo điều kiện cho họ được tập luyện hoạt động giải quyết vấn đề khoa học, rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề để sau này họ đáp ứng được những đòi hỏi cao trong thời kì mới

Kiến thức vật lí được hình thành và ứng dụng vào thực tiễn luôn luôn gắn liền với hoạt động giải quyết vấn đề của con người trong hoàn cảnh xác định Do đó, phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh vừa là mục đích vừa là phương tiện trong nghiên cứu và dạy học vật lí ở trường phổ thông Để đạt được mục tiêu đó, một trong những cách thức tổ chức học tập của học sinh là học tập dựa trên tìm tòi, nghiên cứu (inquiry- based learning) hay trong dạy học vật lí còn có thể gọi là học vật lí như nghiên cứu vật lí (research-based learning) Trong cách thức tổ chức học tập vật lí như trên thì càng yêu cầu áp dụng những thành tựu của khoa học, kĩ thuật, các thiết

bị thí nghiệm và công nghệ thông tin vào quá trình dạy học theo “Phương pháp tích cực” lấy học sinh làm trung tâm nhằm giúp học sinh phát triển năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiễn, tạo niềm tin, niềm vui và hứng thú trong học tập

Từ việc nghiên cứu lí luận và điều tra thực tiễn về dạy học vật lí dựa trên nghiên cứu, dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong và ngoài nước đối với một

số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 Chúng tôi nhận thấy mức độ khoa học của hoạt động GQVĐ của HS còn chưa cao, chưa tiếp cận với hoạt động nghiên cứu của nhà vật lí, thể hiện ở chỗ các quá trình, hiện tượng vật lí được đề cập đến trong dạy học vật lí ở một số chủ đề hiện nay bị giới hạn trong những quá trình, hiện tượng vật lí đặc biệt, điển hình là khi dạy học định luật III Newton, chỉ đề cập đến tương tác giữa hai vật đứng yên hay tương tác giữa hai vật chuyển động trên cùng một phương (mà chưa đề cập đến hiện tượng tổng quát: hai vật chuyển động đến từ hai phương chiều khác nhau, va chạm/ tương tác với nhau,

sau va chạm chuyển động theo hai phương khác nhau) Do đó, thí nghiệm kiểm chứng

sự đúng đắn của định luật III Newton cũng chỉ thực hiện trong các trường hợp đặc biệt này Vấn đề đặt ra ở đây là: Nếu định luật được rút ra khi nghiên cứu các trường hợp đặc biệt, rồi thí nghiệm cũng kiểm chứng trong trường hợp đặc biệt thì liệu định luật có thể đúng trong trường hợp tổng quát không (với con đường nghiên cứu khoa học như vậy)? Để khắc phục mức độ khoa học chưa cao của hoạt động học tập của học sinh thông qua giải quyết vấn đề, chúng tôi nhận thấy rằng chưa có những thiết

bị thí nghiệm cho phép khảo sát đưa ra định luật hay kiểm chứng định luật III Newton trong trường hợp tổng quát Điều đó đòi hỏi chúng tôi phải nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng thí nghiệm, lựa chọn phương pháp dạy học và hình thức tổ chức học tập của học sinh một cách thích hợp và hiệu quả nhất

Những phân tích trên cho thấy, để có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề

ở mức khoa học cao của học sinh trong học tập, đồng thời nâng cao hiệu quả dạy học

thì việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm kết

nối máy tính, thí nghiệm tương tác trên màn hình) và lựa chọn các phương pháp dạy học, hình thức tổ chức thích hợp là vấn đề cấp thiết

Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, chúng tôi lựa chọn và nghiên cứu đề

tài “Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa

trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn của học sinh”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

❖ Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- NLGQVĐ ở mức cao của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu

- Quy trình xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn – Vật lí 10

❖ Phạm vi nghiên cứu:

- Phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 theo quan điểm học dựa trên nghiên cứu, trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh

- Trong luận án việc sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số được giới hạn ở việc sử dụng hai loại là thí nghiệm tương tác trên màn hình và thí nghiệm kết nối máy tính

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được các thí nghiệm kĩ thuật số đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật, về mặt sư phạm và thiết kế được tiến trình sử dụng chúng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu thì khi tổ chức sử dụng chúng trong dạy học

có thể phát triển NLGQVĐ ở mức độ cao của học sinh

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về phát triển NLGQVĐ của học sinh theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu với việc sử dụng các phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học khác nhau trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức

- Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng và những thành phần, hành vi của NLGQVĐ ở mức cao mà học sinh cần hình thành và phát triển khi học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn

- Nghiên cứu thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 ở một số trường THPT bao gồm các thí nghiệm kĩ thuật số, các phương tiện CNTT phục vụ cho việc dạy học môn vật lí, hình thức

và phương pháp mà giáo viên tổ chức hoạt động học tập cho học sinh khi dạy các kiến thức này Từ đó, chúng tôi xác định thí nghiệm cần xây dựng, hoàn thiện

cũng như lựa chọn phương pháp và hình thức phù hợp được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của quá trình chiếm lĩnh kiến thức, nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh

- Xây dựng, hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số (TNKNMT và TNTTTMH) để

sử dụng trong quá trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học, kĩ thuật và về mặt

sư phạm đối với các loại thí nghiệm này

- Soạn thảo 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10, trong đó có sử dụng thí nghiệm đã xây dựng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh

- Xây dựng rubric đánh giá NLGQVĐ ở mức cao của học sinh khi học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo nhằm đánh giá tính khả thi

và hiệu quả của các tiến trình dạy học nói chung và của thí nghiệm đã xây dựng nói riêng, để từ đó, bổ sung, chỉnh sửa và hoàn thiện các tiến trình dạy học và thí nghiệm TNSP cũng nhằm đánh giá tính hiệu quả của tiến trình dạy học, của thí nghiệm trong việc phát triển các mức độ hành vi NLGQVĐ ở mức cao của HS

6 Phương pháp nghiên cứu

❖ Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy và học dựa trên quan điểm nghiên cứu, lí luận phát triển NLGQVĐ của học sinh

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học và tổ chức hoạt động nhận thức của HS nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao của HS

- Nghiên cứu cấu trúc nội dung, chương trình SGK Vật lí 10 hiện hành và cấu trúc nội dung vật lí 10 trong chương trình tổng thể 2018 để đánh giá và so sánh mức

độ tương đồng về nội dung kiến thức Từ đó xác định mức độ kiến thức, kĩ năng cần xây dựng và các mức độ hành vi GQVĐ ở mức cao của HS cần phát triển

❖ Phương pháp điều tra, khảo sát và phỏng vấn

Điều tra thực tiễn dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn Trong đó, có thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm, tổ chức hoạt động nhận thức của HS ở một số trường THPT thông qua tập huấn chuyên đề và phiếu hỏi

❖ Phương pháp thực nghiệm sư phạm

TNSP lần thứ nhất thu thập thông tin, dữ liệu nhằm điều chỉnh và hoàn thiện tiến trình dạy học đã thiết kế, thí nghiệm đã xây dựng, nội dung kiến thức HS cần đạt, hình thức tổ chức dạy và học và bộ công cụ đánh giá NLGQVĐ của HS

TNSP lần thứ hai thu thập thông tin, dữ liệu về phiếu phản hồi của HS Phân tích thông tin và đánh giá dữ liệu theo mức độ chỉ báo hành vi của HS đạt được về NLGQVĐ khi nghiên cứu tìm tòi, khám phá một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 theo tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu

Đánh giá sự phát triển NLGQVĐ trên cùng một đối tượng HS thông qua phiếu học tập ở bốn nội dung kiến thức (Định luật I Newton, Định luật II Newton, Định luật III Newton và ĐLBT động lượng) Các dữ liệu thu thập qua các mức độ biểu hiện hành vi của từng nội dung kiến thức là cơ sở để rút ra kết luận về sự phát triển NLGQVĐ ở mức cao của HS khi học theo tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu

❖ Phương pháp thống kê toán học được sử dụng trong quá trình xử lí các số liệu

thực nghiệm

7 Những đóng góp của đề tài

- Đã đề xuất việc cần nâng cao tính khoa học của việc phát hiện và giải quyết vấn

đề theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức vật lí Các giải pháp đã đưa ra và đã được thực hiện bao gồm:

▪ Xây dựng được quy trình thiết kế thí nghiệm đáp ứng yêu cầu tổ chức dạy học Vật lí dựa trên nghiên cứu

▪ Xây dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số nhằm tổ chức học tập phát hiện và giải quyết vấn đề dựa trên quan điểm nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn, TNKTS số gồm có: Phần mềm Phys-ISE hỗ trợ thí nghiệm tương tác trên màn hình; Bộ cảm biến

lực - gia tốc kết nối với máy tính không dây Phys-MBL (gồm 04 thí nghiệm tương tác trên màn hình và 03 thí nghiệm kết nối máy tính) khắc phục được những ưu, nhược điểm về các bộ thí nghiệm kĩ thuật số hiện có nhằm tổ chức dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề có hiệu quả hơn Trên cơ sở xây dựng được TNTTTMH online, tiến trình dạy học một số kiến thức đã được áp dụng theo kiểu dạy học kết hợp (blended learning), góp phần hiện thực hóa thực hiện mục tiêu phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực GQVĐ ở mức cao đối với HS

- Soạn thảo được 05 tiến trình dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm

và các định luật bảo toàn - Vật lí 10 có sử dụng TNKTS đã xây dựng theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển các hành vi biểu hiện của các năng lực thành phần của năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

- Thực nghiệm sư phạm được 04 tiến trình dạy học đã soạn thảo, đánh giá được ưu điểm, nhược điểm của thí nghiệm kĩ thuật số (thí nghiệm tương tác trên màn hình, thí nghiệm kết nối máy tính) đã xây dựng và tính khả thi của 04 tiến trình dạy học dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề ở mức cao của học sinh

đề và khám phá Phương pháp này đã được thực hiện từ những năm 70 của thế kỷ

XX ở các nước như: Pháp, Mĩ và Liên Xô (cũ)

Dạy học dựa trên nghiên cứu cho đến ngày nay đã có nhiều nghiên cứu lí luận, thực nghiệm ở trong và ngoài nước Cơ sở lí luận của dạy học dựa trên nghiên cứu được khởi nguồn và hình thành từ các tư tưởng, nghiên cứu của các nhà giáo dục, nhà tâm lí học lỗi lạc như John Locke, Jean-Jacques Rosseau, John Dewey, Jean Piaget, Lev Vygotski và Jerome Bruner Họ cho rằng, người học cần tích cực xây dựng kiến thức cho mình, “học thông qua hành động”, “học bằng nghiên cứu” và các phương pháp dạy học cần tập trung hướng vào sự hứng thú của người học và tạo động lực bên trong để học Triết lí giáo dục này đặt nền móng cho “Tư duy giáo dục mới”, cải cách giáo dục trên toàn thế giới J Dewey (1859-1952) đã đề xướng “Phương pháp dạy học lấy HS làm trung tâm”, tức là HS tích cực tự lực hoạt động, GQVĐ được đặt ra, còn GV là người cố vấn, hướng dẫn Ông còn cho rằng, nhiệm vụ của dạy học là nắm bắt những hoạt động của người học và định hướng những hoạt động đó, đồng thời phải gắn kết được những hứng thú và hoạt động của người học với chương trình học, tránh áp đặt kiến thức cho họ Đồng thời, cần phải định hướng tạo ra môi trường trong

đó chứa đựng các tình huống khó giải quyết, khi mà người học muốn giải quyết thì phải vận dụng đến kiến thức và kĩ năng về khoa học, lịch sử và nghệ thuật Mô hình dạy học mà ông đưa ra là dựa trên phương pháp nghiên cứu khoa học như phát hiện vấn đề, giải quyết vấn đề (nhờ hình thành giả thuyết, thu thập dữ liệu thông qua thí nghiệm, xử lí thông tin để kiểm chứng giả thuyết) và rút ra kết luận Ngoài ra ông còn nhấn mạnh, các vấn đề được nghiên cứu phải liên quan đến kinh nghiệm của người học và khả năng hiểu biết của chúng Jean Piaget (1896-1980) đã đưa ra nhận định “Trẻ em không học cách thử nghiệm chỉ đơn giản bằng cách quan sát giáo viên

thao tác các thử nghiệm, hoặc bằng cách làm bài tập đã được tổ chức trước Trẻ em học bằng quá trình tìm kiếm và nhầm lẫn, bằng cách làm việc chủ động và độc lập, tức là không bị bó buộc và có đầy đủ thời gian”

Những người đại biểu cho lí luận dạy học dựa trên nghiên cứu có thể kể đến

J Schwab, là người khuyến khích GV sử dụng phòng thí nghiệm để giúp HS học tập các khái niệm khoa học S Jerome Bruner, một trong những người có công đầu tiên nghiên cứu để áp dụng thành công phương pháp tìm tòi vào thực tiễn dạy học và J Richard Suchman là cha đẻ của chương trình dạy học dựa trên nghiên cứu ở Mĩ

Theo từ điển Tiếng Việt “nghiên cứu” được giải nghĩa là xem xét, khảo cứu, tìm hiểu kĩ để giải quyết vấn đề hoặc rút ra tri trức mới [26] Ở Việt Nam, nhiều nhà

sư phạm đã quan tâm tìm hiểu về dạy học dựa vào tìm tòi, khám phá và đưa ra các quan niệm, thuật ngữ, có thể không giống nhau nhưng thống nhất về mặt tư tưởng:

"Dạy học tự phát hiện”, "Kiến tạo - tìm tòi" (Đặng Thành Hưng, Lê Nguyên Long),

"Dạy học khám phá theo thuyết kiến tạo", "Dạy học phát hiện theo thuyết kiến tạo" (Phó Đức Hoà, Nguyễn Thị Lan Anh) Theo tác giả Thái Duy Tuyên thì nội dung của

tư tưởng dạy học “lấy học sinh làm trung tâm” là tìm mọi cách làm cho HS tự suy nghĩ, tìm tòi, hoạt động nhận thức độc lập.Tác giả Nguyễn Bá Kim trong cho rằng

“học tập trong hoạt động và bằng hoạt động” [21] Theo tác giả Trần Bá Hoành, chú trọng phương pháp dỵ học hướng vào rèn luyện cho HS phương pháp tự học, đặc biệt

là phương pháp nghiên cứu Theo tác giả Nguyễn Kỳ cho rằng người học học bằng hành động của chính mình, người học tự mình tìm ra cái cần khám phá, tự tìm kiếm kiến thức, chân lí bằng những hành động cụ thể như quan sát, suy nghĩ, tra cứu, thí nghiệm, đặt giả thuyết, đặt vấn đề, làm thử, phân tích, phán đoán

Một số đề tài luận án tiến sĩ nghiên cứu dạy học dựa trên quan điểm nghiên cứu: Luận án Tiến sĩ Võ Văn Thông [38] nghiên cứu tổ chức hoạt động học tập vật lí của HS bậc THCS theo kiểu tìm tòi nghiên cứu nhằm phát huy tính tích cực, tự lực

và phát triển năng lực sáng tạo cho HS, Luận án tiến sĩ giáo dục học Nguyễn Văn Nghiệp [23] nghiên cứu những vấn đề liên quan đến phương pháp dạy học và quy trình nghiên cứu khoa học để thiết kế tiến trình dạy học dựa trên quy trình nghiên cứu

khoa học, trong đó có chú ý đưa giai đoạn nghiên cứu tổng quan vào tiến trình dạy học, đồng thời, vận dụng tiến trình dạy học theo quy trình nghiên cứu khoa học để tổ chức dạy học một số kiến thức ở chương “Điện từ học” cấp THCS nhằm giúp HS phát triển năng lực khoa học, Luận án tiến sĩ giáo dục học Nguyễn Thị Thủy [43] nghiên cứu vận dụng dạy học theo LAMAP để tổ chức tiến trình hoạt động nhận thức một số kiến thức Nhiệt học thuộc chương trình THCS nhằm bồi dưỡng NLGQVĐ của HS và đưa ra tiến trình dạy học các môn khoa học tự nhiên theo LAMAP theo bốn giai đoạn: Vấn đề, đề xuất giải pháp, thực hiện giải pháp, đánh giá - nhìn nhận lại kết quả thực hiện và hợp thức hóa kiến thức; Luận án tiến sĩ Nguyễn Thị Thuần [41] nghiên cứu tổ chức dạy học tìm tòi khám phá chủ đề “Nước trong cuộc sống” nhằm bồi dưỡng năng lực khoa học của học sinh Bên cạnh đó nhóm tác giả Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải, Nguyễn Anh Thuấn, Trần Bá Trình cũng nghiên cứu và xây dựng bốn bước dạy tìm tòi khám phá trong dạy học STEM và tiến trình tìm tòi khám phá theo con đường khoa học và con đường công nghệ [4]: Cảm nhận bằng trực giác, kinh nghiệm, huy động kiến thức; Đặt ra vấn đề và đề xuất các phương pháp giải quyết; Tìm kiếm thông tin và xây dựng các câu trả lời và cấu trúc, xây dựng lại các kiến thức thu được để kết luận

Có thể thấy, dạy học dựa trên nghiên cứu đã được nhiều tác giả quan tâm, nghiên cứu và vận dụng ở nhiều cấp độ khác nhau Tuy nhiên, trong lí luận dạy học Vật lí theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu chưa đề cập đến việc phát hiện

và GQVĐ ở mức cao Hoặc vấn đề này có đề cập đến, nhưng cũng chưa thấy đưa ra biện pháp nào để giải quyết

1.2 Các nghiên cứu về dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Thuật ngữ năng lực có nguồn gốc Latin “Competentia”, trong tiếng Anh, năng lực là “Competency” Nhiều công trình nghiên cứu của nhiều tác giả như Xavier Roegiers (2000), F E Weinert (2001), J Coolahan, Denyse Tremblay (2002) [52], Nguyễn Công Khanh (2016) [18] và nhiều chương trình nghiên cứu của các nước như Chương trình giáo dục phổ thông bang Québec, Canada năm 2004, chương trình giáo dục phổ thông của New Zealand, Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế thế giới

(OECD) [57], Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể của Việt Nam [6] đã đưa ra các quan niệm khá phong phú, đa dạng về năng lực tùy theo góc

độ tiếp cận

Có thể thấy dù cách phát biểu về năng lực là khác nhau, nhưng tất cả đều khẳng định và có điểm chung, năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể Hai đặc trưng cơ bản của năng lực là: 1) Được bộc lộ, thể hiện qua hoạt động; 2) Đảm bảo hoạt động có hiệu quả, đạt kết quả mong muốn [5]

Chương trình tổng thể của Việt Nam đã xác định [45], năng lực là thuộc tính

cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể Trong đó, năng lực cốt lõi là năng lực cơ bản, cần thiết mà bất kì ai cũng cần phải có để sống, học tập và làm việc hiệu quả Năng lực cốt lõi gồm năng lực chung và năng lực đặc thù [6], [45]

Hình 1 1 Các năng lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh

Phát triển NLGQVĐ từ lâu đã được xác định là một trong những mục tiêu quan trọng của giáo dục Theo Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể, NLGQVĐ là một trong những năng lực cốt lõi cần phải bồi dưỡng và phát triển cho người học trong học tập và trong cuộc sống [6]

Có nhiều nghiên cứu về dạy học phát triển NLGQVĐ của học sinh cũng như việc sử dụng các loại thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT có thể kể đến như: Lê Đình Trung, Phan Thị Thanh Hội [48]; Nguyễn Thị Lan Phương (2014) [27];

Đỗ Hương Trà, Phạm Xuân Quế, Ngô Diệu Nga, Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Anh Thuấn, Tưởng Duy Hải [31], [45]; Phạm Thị Phú, Nguyễn Lâm Đức (2016) [9]; Nguyễn Thị Thủy (2018) [43]; Nguyễn Mai Hùng (2019) [16]; Ngô Trọng Tuệ (2019); Trần Ngọc Dũng (2020) [10]; Trần Ngọc Thắng (2020) [36] Các nghiên cứu này chỉ ra quan niệm chung về NLGQVĐ; xác định các thành phần của NLGQVĐ

và tập trung xây dựng đề xuất bộ công cụ đánh giá NLGQVĐ của học sinh

Nhóm tác giả Đặng Thị Oanh [25], Đỗ Hương Trà [45] đã xây dựng bảng Rubric đánh giá NLGQVĐ của HS gồm 4 thành phần và 3 mức tiêu chí chất lượng: Tìm hiểu khám phá vấn đề, đề xuất các giải pháp, lập kế hoạch thực hiện giải pháp, đánh giá và phản ánh giải pháp, đồng thời cũng đưa ra bảng kiểm quan sát NLGQVĐ theo 3 mức độ Ngoài ra tác giả Nguyễn Văn Biên [3] đề xuất khung năng lực đề cập đến các luận điểm về dạy học theo định hướng phát triển năng lực như phân tích các thành phần của quá trình dạy học phát triển năng lực, cách xây dựng và đánh giá hoạt động học tập nhằm phát triển năng lực học sinh trong dạy học môn Vật lí

Theo chúng tôi để phát triển NLGQVĐ ở mức cao của học sinh, giáo viên cần

tổ chức, hướng dẫn cho học sinh tham gia vào các hoạt động học tập như nghiên cứu Vật lí (học tập dựa trên nghiên cứu) Để tổ chức được điều này đòi hỏi cần phải có các thiết bị vật lí hỗ trợ Tuy nhiên việc xây dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số vật lí nhằm hỗ trợ tổ chức dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học vật lí vẫn chưa được đề cập đến

1.3 Các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất điểm và Các định luật bảo toàn – Vật lí 10

Trên thế giới, trong những năm gần đây, bên cạnh việc xây dựng và sử dụng những thí nghiệm thật trong dạy học vật lí thì việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng những loại thí nghiệm khác như TNKNMT, thí nghiệm mô phỏng trên máy tính… rất phát triển Việc sử dụng TNKNMT cùng phần mềm xử lí số liệu thí nghiệm giúp cho việc đo đạc và xử lí số liệu thí nghiệm trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn

Trong số những thí nghiệm đã được nghiên cứu xây dựng và sử dụng trong dạy học vật lí, chúng tôi quan tâm chủ yếu đến các loại thí nghiệm về động lực học

chất điểm và các định luật bảo toàn vật lí 10, cụ thể là các thí nghiệm về ba định luật Newton (Định luật I Newton, Định luật II Newton, Định luật II Newton), ĐLBT động lượng và ĐLBT cơ năng Với những loại thí nghiệm nằm trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều hãng nghiên cứu sản xuất

và được sử dụng theo các phương pháp khác nhau trong dạy học như: Phương dùng cần rung điện và băng giấy; Phương pháp dùng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện; Phương pháp dùng cảm biến siêu âm, cảm biến lực kết nối máy tính … của các công ty sách thiết bị Nguyễn Tri Phương, công ty thiết bị Hồng Anh, hãng Phywe, Leybold của CHLB Đức, Vernier, Pasco của Mỹ, Coach của Hà Lan, ADDESTATION của Singapo [56] [54] [53] [50] [59] Ở Việt Nam, đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo và sử dụng các bộ TNKNMT trong dạy học Vật lí THPT như nhóm tác giả Đại học Tây Nguyên đã nghiên cứu sử dụng nhiều loại cảm biến để chế tạo các thiết bị TNKNMT và ứng dụng chúng trong dạy học vật lí THPT [33], nhiều luận án, khóa luận nghiên cứu sử dụng các thiết bị TNKNMT trong dạy học nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học vật lí như Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Mai Văn Trinh sử dụng bộ thiết bị Cassy (của hãng Leybold, Đức) trong dạy học các phần “Điện học” và “Cơ học” Vật lí phổ thông [46]; Luận án tiến

sĩ giáo dục học của tác giả Trần Huy Hoàng sử dụng phần mềm Datastudio lấy số liệu

từ các bộ cảm biến tương thích thông qua bộ giao tiếp 750 của Pasco để xây dựng thí nghiệm ở phần cơ nhiệt [15]; Luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Bá Trình về “Chế tạo

bộ thí nghiệm về các định luật chất khí dùng cảm biến và tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS trong dạy học chương chất khí ở lớp 10 THPT”, sử dụng bộ thiết bị ghép nối hiện số với các thiết bị cảm biến của hãng GQY – Trung Quốc của trường Đại học sư phạm Hà Nội [47]; Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Phạm Kim Chung [7] nghiên cứu “Vận dụng những quan điểm lí luận dạy học hiện đại, đề xuất và thử nghiệm các biện pháp phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học của sinh viên sư phạm vật lí ở các trường Đại học Sư phạm khi dạy học học phần “Thí nghiệm Vật lí phổ thông”; Luận văn thạc sĩ của tác giả Lê Hoàng Anh Linh với đề tài “Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến sonar và sử dụng trong

dạy học chương “Các định luật bảo toàn” lớp 10” [22], đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường của tác giả Lê Ngọc Vân và các cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng bộ Science Workshop 750 và sử dụng cảm biến quang của hãng Pasco (Mĩ) để xây dựng các bài thí nghiệm kiểm chứng ĐL I Newton, II Newton [49] và luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Tấn (2014), Thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm chương “Động lực học chất điểm” – Vật lí 10 với cảm biến lực và cảm biến siêu âm theo quan điểm dạy học GQVĐ [34]

Ngoài ra, một số luận án gần đây cũng tập trung nghiên cứu xây dựng và sử dụng các thiết bị dạy học nhằm hỗ trợ cho việc dạy học theo các mục đích khác nhau như Luận án tiến sĩ Cao Tiến Khoa (2014) [19] “Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương “Sóng cơ” – Vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh”, tác giả nghiên cứu tổ chức quá trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí; Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Đăng Thuấn xây dựng

và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS [40]

Những công trình của các tác giả nêu trên đã ứng dụng hiệu quả kĩ thuật kết nối máy tính cho các bộ thí nghiệm vật lí, nâng cao độ chính xác của bộ dữ liệu thu thập cũng như giúp cho việc xử lí số liệu dễ dàng và nhanh chóng hơn Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm kết nối máy tính này thường có dây nối từ máy tính đến bộ cảm biến làm cho việc bố trí thí nghiệm gặp khó khăn trong quá trình tiến hành thí nghiệm dẫn đến kết quả thu thập số liệu từ cảm biến kém chính xác

Hiện nay, ngoài sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học, còn có TNTTTMH được dùng để xác định vị trí của một vật chuyển động, tương tác giữa các vật trong không gian theo thời gian TNTTTMH là thí nghiệm mà đối tượng nghiên cứu là các hiện tượng, quá trình Vật lí thực được ghi lại (quay lại) dưới dạng gốc và đưa vào máy tính, bằng công cụ phần mềm máy tính, qua đó người học sẽ thao tác trên màn hình để tương tác với đối tượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng

nghiên cứu theo các mục đích, trình tự nghiên cứu riêng của mình và nhận được các kết quả tương ứng

“Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” là hai chương của phần

cơ học - Vật lí 10, nghiên cứu chuyển động dưới tác dụng lực, là phần kiến thức nền tảng, có vai trò quan trọng giúp HS nghiên cứu tiếp các nội dung kiến thức của các chương tiếp theo Các hiện tượng về chuyển động tuy rất gần gủi với kinh nghiệm sống của HS nhưng khi đi sâu phân tích các chuyển động, tương tác của các vật thì

HS gặp khó khăn như xác định vị trí, sự thay đổi vận tốc, lực tác dụng lên vật ở thời điểm bất kì nào đó, vì hầu hết các chuyển động cần nghiên cứu trong chương trình vật lí phổ thông đều xảy ra rất nhanh Đã có nhiều phương pháp sử dụng các bộ thí nghiệm khác nhau để xác định tọa độ và thời điểm, lực tác dụng trong các chuyển động và tương tác của các vật một cách tự động như phương pháp dùng ống nhỏ giọt, phương pháp dùng cần rung điện, phương pháp dùng đồng hồ đo thời gian hiện số Các bộ thí nghiệm nêu trên khi sử dụng GV và HS mất khá nhiều thời gian cho việc

đo đạc, thu thập số liệu, xử lí số liệu và vẽ đồ thị phân tích, nên không có đủ thời gian dành cho các hoạt động tư duy như phân tích số liệu, nhận xét đồ thị và đề xuất giả thuyết Vì vậy, để khắc phục những khó khăn trên và giúp HS tự lực nghiên cứu và xây dựng các kiến thức, phát triển NLGQVĐ thì việc sử dụng TNTTTMH về các dạng chuyển động và tương tác của các vật trong quá trình dạy học vật lí là rất cần thiết

Một số phần mềm hỗ trợ TNTTTMH như Videopoint [51], khai thác phần mềm Galileo, nghiên cứu chuyển động cơ trong dạy học vật lí của tác giả Phạm Xuân Quế [28], phần mềm Logger Pro, Coach CMA [50], Tracker [60] hay Video Analyze trong luận án tiến sĩ của Nguyễn Xuân Thành [37], TNTTTMH trong luận án tiến sĩ của Nguyễn Thị Thu Hà [12], [30] đều cần cài đặt trên máy tính và thường dùng kèm thêm phần mềm (hay có thể gọi là môi trường hỗ trợ) Java Runtime Environment, đồng thời các phần mềm nêu trên phải tiến hành trên máy tính offline Ngoài ra, khi

tổ chức dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề dựa trên nghiên cứu, đối với định luật III Newton hiện chưa có TNTTTMH nào có thể kiểm chứng được khi hai vật tương

tác chuyển động từ hai phương khác nhau Phần mềm Coach CMA hỗ trợ TNTTTMH

có thể được sử dụng tốt ở mục đích này nhưng ở Coach CMA, chỉ rút ra được là hình

chiếu trên hai trục tọa độ OX và OY của hai vectơ lực và phản lực bằng nhau về độ

lớn Hơn nữa, chúng đều có những hạn chế là các video phải đưa về định dạng theo

quy định (ví dụ như avi, mp4, mov, mpeg) bằng các chương trình chuyển đổi thích

hợp Việc chuyển đổi này thường làm cho người sử dụng, GV hay HS gặp khó khăn

tìm kiếm phần mềm chuyển đổi và kĩ năng sử dụng phần mềm chuyển đổi đó Ngoài

ra các phần mềm thí nghiệm nêu trên chưa có chức năng lưu trữ kết quả thí nghiệm

trực tuyến (online) Do đó, nếu cần xem lại chúng mọi lúc, mọi nơi để tự học và để

đánh giá từ phía người làm (tự đánh giá), từ phía người cùng làm trong nhóm (đánh

giá đồng đẳng) hay từ phía GV, chuyên gia thì không thể

Tóm lại các thí nghiệm nêu trên đưa ra các phương án thí nghiệm chỉ tiến

hành trong trường hợp đặc biệt, chưa chú trọng và tiến hành thí nghiệm theo phương

án trong trường hợp tổng quát Do hạn chế của phương tiện, thí nghiệm chỉ tiến hành

trong trường hợp riêng, không tiến hành được trong trường hợp tổng quát nên việc

xây dựng kiến thức mới về định luật bị hạn chế nếu tổ chức day học phát hiện và giải

quyết vấn đề phỏng theo con đường của nhà khoa học vật lí

1.4 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Câu hỏi khoa học đặt ra đối với chúng tôi:

- Việc tổ chức dạy học và đánh giá NLGQVĐ ở mức cao được thể hiện như thế

nào trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề theo quan điểm dạy học dựa trên

nghiên cứu?

- Trong việc tổ chức dạy học nhằm phát triển NLGQVĐ ở mức cao thì phải xây

dựng và hoàn thiện các thí nghiệm kĩ thuật số vật lí, cụ thể là TNTTTMH và

TNKNMT, như thế nào trong dạy học một số kiến thức về Động lực học chất

điểm và Các định luật bảo toàn?

- Để khắc phục khó khăn quá tải về thời gian khi tổ chức dạy học phát hiện và giải

quyết vấn đề ở mức cao theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu, nếu áp

dụng dạy học kết hợp thì có khó khăn gì không và giải quyết như thế nào?

2.1.1 Khái niệm dạy học dựa trên nghiên cứu

Dạy học dựa trên nghiên cứu là quá trình, trong đó dưới vai trò tổ chức, hướng dẫn, tác động của người dạy, người học chủ động, tự lực việc học tập của bản thân, hình thành các câu hỏi trong tư duy, mở rộng công việc nghiên cứu, tìm kiếm Từ đó, xây dựng nên những hiểu biết và tri thức mới Những tri thức này giúp cho người học trả lời các câu hỏi, tìm kiếm các giải pháp khác nhau để giải quyết các vấn đề, chứng minh định lí hoặc một quan điểm

Vì vậy, tổ chức dạy học dựa trên nghiên cứu thông qua GQVĐ là quan điểm dạy học rèn luyện cho học sinh thói quen nghiên cứu GQVĐ theo cách của các nhà khoa học, không những tạo nhu cầu hứng thú học tập, giúp học sinh chiếm lĩnh được kiến thức, mà còn phát triển được NLGQVĐ của học sinh Mục tiêu cao nhất của dạy học dựa trên nghiên cứu chính là dạy cách học, dạy cách nghiên cứu khoa học, theo quy trình khoa học, dạy cách tư duy của một nhà khoa học để khám phá và ứng dụng quy luật tự nhiên cũng như xã hội

2.1.2 Bản chất của dạy học dựa trên nghiên cứu

Dạy học dựa trên nghiên dựa trên các nền tảng dạy học tìm tòi - khám phá, dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, trong đó, người học phải tự tìm ra tri thức mới (tri thức mới: khái niệm, định luật (nguyên lí), thuyết và ứng dụng kĩ thuật) và phương pháp mới cho bản thân từ những quan niệm và vốn hiểu biết của mình trong điều kiện tương tác với môi trường học tập và đạt được những kiến thức, kĩ năng giống như nhà nghiên cứu khoa học

Dạy học dựa trên nghiên cứu về bản chất là [8], [35]:

- Dạy học dựa trên những quy luật của sự lĩnh hội tri thức và cách thức hoạt động sáng tạo, có những nét cơ bản của sự tìm tòi khoa học

- Dạy học nhằm phát triển NLGQVĐ của HS, HS được đặt trong một "tình huống

có vấn đề" thông qua quá trình tự lực giải quyết các vấn đề chứa đựng trong các tình huống, giúp HS lĩnh hội tri thức khoa học, kĩ năng, phương pháp nhận thức

và hình thành cơ sở thế giới quan khoa học

Các hành động của người dạy và người học trong dạy học dựa trên nghiên cứu:

Xây dựng các tình huống có vấn đề Phân tích và phát hiện ra các vấn đề chứa đựng

Đưa ra phương án, cách thức, con đường GQVĐ nhằm chiếm lĩnh tri thức mới, hình thành khái niệm, định luật

Tổ chức nhằm khái quát hóa và áp

dụng tri thức đã xây dựng được

Sắp xếp các tri thức đã tìm ra vào hệ thống tri thức

đã có để có thể áp dụng hoặc GQVĐ mới tiếp theo Như vậy, theo chúng tôi bản chất dạy học dựa trên nghiên cứu là cách thức tổ chức, hướng dẫn hoạt động cho học sinh tự lực, tìm tòi, sáng tạo, giải quyết các vấn

đề cơ bản trong việc xây dựng kiến thức theo các giai đoạn trong tiến trình nghiên cứu khoa học (trong phạm vi trường phổ thông đối với học sinh) nhằm lĩnh hội nội dung kiến thức đó

2.1.3 Đặc điểm của dạy học dựa trên nghiên cứu

Quá trình dạy học dựa trên nghiên cứu có những đặc điểm sau:

- Quá trình nghiên cứu là quá trình phát hiện và giải quyết vấn đề của học sinh

- Tính khoa học của việc giải quyết vấn đề của học sinh cao

- Tính độc lập, tự lực và hợp tác của học sinh cao

Những biểu hiện cơ bản của giải quyết vấn đề theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu là:

- Nghiên cứu các hiện tượng, quá trình mang tính tổng quát

- Việc thu thập đầy đủ và chính xác các thông tin về đối tượng nghiên cứu đảm bảo cho việc giải quyết vấn đề và rút ra kết luận của vấn đề được nghiên cứu/ giải quyết mang tính khoa học cao

- Việc kiểm chứng các giả thuyết trong trường hợp tổng quát để đảm bảo kết luận được rút ra mang tính tổng quát

2.1.4 Cơ sở tâm lí học, lí luận và thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Để tổ chức giải quyết vấn đề trong dạy học dựa trên nghiên cứu, chúng tôi dựa trên cơ sở tâm lí học phát triển, cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn

2.1.4.1 Cơ sở tâm lí học trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Trong lí luận dạy học, để tổ chức quá trình hoạt động nhận thức vật lí của HS một cách tự lực, chủ động và sáng tạo, cần dựa trên quá trình hoạt động nhận thức vật lí của HS và các kết quả nghiên cứu của các lí thuyết tâm lí học nhận thức và tâm

lí học hoạt động phát triển

Thành tựu quan trọng của tâm lí học phát triển làm cơ sở cho việc tổ chức hoạt động nhận thức giải quyết vấn đề của HS một cách tự lực và sáng tạo là các lí thuyết nhận thức của J Piaget, L Vygotxki, J Dewey (1859-1952) và Bruner

Theo lí thuyết tâm lí học nhận thức và tâm lí học hoạt động phát triển cho rằng: những gì người học lĩnh hội phụ thuộc rất nhiều vào kiến thức và kinh nghiệm đã có vào tình huống cụ thể [2] Hoạt động nhận thức của chủ thể là quá trình tìm tòi, khám phá thế giới xung quanh, sát nhập chúng vào những hiểu biết đã có của bản thân qua hai quá trình đồng hóa và điều ứng, cứ thế trình độ của mỗi cá nhân sẽ phát triển liên tục từ vùng phát triển trí tuệ gần nhất đến vùng phát triển hiện tại

Lí thuyết nhận thức của J Piaget được xây dựng dựa trên cơ sở nhấn mạnh rằng HS giữ vai trò tự lực, tích cực trong việc thích nghi với môi trường Trong đó quá trình phát triển của con người là một quá trình đi từ sự cân bằng đến sự mất cân bằng rồi tìm lại sự thích nghi và đạt được sự cân bằng mới nhưng ở trình độ cao hơn

Quá trình này cứ lặp đi lặp lại theo con đường xoắn ốc và điều đó đã đem đến sự phát triển cho HS (Hình 2.1) [11]

Hình 2 1 Lí thuyết cân bằng của J Piaget

Hình 2 2 Dạy học đi trước sự phát triển của L Vygotxki

Theo sơ đồ Hình 2.1, Hoạt động nhận thức của người học thông qua hai quá trình đồng hóa và điều ứng được thể hiện cụ thể trước các tình huống học tập

Điều ứng: là điều chỉnh để thích ứng, xuất hiện khi người học vận dụng những

kiến thức và kĩ năng quen thuộc để giải quyết vấn đề mới nhưng không thành công (xảy ra sự mất cân bằng) và để giải quyết vấn đề này, người học phải điều chỉnh, thay đổi thậm chí loại bỏ những kiến thức và kinh nghiệm đã có Người học có khả năng phát hiện ra những biện pháp mới, xây dựng mô hình mới để giải quyết vấn đề này Kết quả là giải pháp mới, mô hình mới, kiến thức mới được hình thành và bổ sung vào hệ thống kiến thức đã có [42], [11]

Đồng hoá: Khi nhận thức sự vật/ hiện tượng, người học tiếp nhận thông tin và

đồng hóa nó vào mô hình, những khái niệm đã biết để nhận diện và phân loại, đồng thời giải quyết được tình huống mới Đó là quá trình, người học tiếp nhận khách thể, dùng các kiến thức và kĩ năng sẵn có để xử lí các thông tin và tác động từ bên ngoài nhằm đạt được mục tiêu nhận thức [42], [11] Đồng hoá và điều ứng là hai quá trình

đan kết chặt chẽ với nhau trong mỗi hoạt động nhận thức của người học, tạo nên sự cân bằng

L Vygotxki đã đưa ra lí thuyết vùng phát triển gần nhất có ảnh hưởng tích cực tới giáo dục Vùng phát triển gần nhất đặc trưng bởi sự khác biệt giữa khả năng mà trẻ có thể tự giải quyết được và nhiệm vụ mà chúng sẽ làm được với sự giúp đỡ của người khác [42] L Vygotxki cho rằng: trong suốt quá trình nhận thức, phát triển trí tuệ của trẻ em thường xuyên xảy ra hai trình độ: trình độ hiện tại và trình độ vùng phát triển gần nhất Trình độ hiện tại biểu hiện qua tình huống tự trẻ em độc lập giải quyết nhiệm vụ, không cần bất kì sự trợ giúp nào từ bên ngoài Còn trình độ phát triển gần nhất được thể hiện trong tình huống trẻ hoàn thành nhiệm vụ khi có sự hợp tác,

sự giúp đỡ của người khác, mà nếu tự mình thì trẻ sẽ không giải quyết được (Hình 2.2) [11] Chính vì vậy, chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức chính là vùng phát triển gần nhất, vùng đó là khoảng cách giữa trình độ phát triển hiện tại của HS và trình độ cao hơn cần vươn tới để có thể giải quyết được nhiệm vụ nhận thức được đặt

ra Hai trình độ phát triển thể hiện mức độ khác nhau và luôn vận động, vùng phát triển gần nhất hôm nay thì trở thành trình độ hiện tại và xuất hiện vùng phát triển gần nhất mới

Theo J Dewey (1859-1952), kiến thức xuất hiện đơn thuần là từ tình huống

mà ở đó người học phải tìm ra các kinh nghiệm và trải nghiệm và người học phải tiến hành những hoạt động có mục đích và nội dung rõ ràng, từ đó đem lại cho chúng cơ hội được vận dụng lí thuyết đã học vào cuộc sống hằng ngày [14]

Bruner cho rằng: Người học tạo nên kiến thức cho bản thân bằng cách điều khiển những ý tưởng và tiếp cận dựa trên những kiến thức và kinh nghiệm đã có, áp dụng chúng vào những tình huống mới để tạo thành thể thống nhất giữa kiến thức mới thu nhận được với những kiến thức đang tồn tại trong trí óc

Có thể thấy lí thuyết cân bằng của J Piaget và lí thuyết “Vùng phát triển gần nhất” của L Vưgôtxki cùng với các thành tựu khác của tâm lí học phát triển là cơ sở cho các nhà nghiên cứu giáo dục mở rộng và vận dụng chúng trong dạy học tìm tòi, khám phá; dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề; dạy học dựa trên nghiên cứu, dạy

học dự án với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, thí nghiệm và đa phương tiện nhằm phát triển năng lực của HS nói chung và NLGQVĐ nói riêng trong các hoạt động như: tổ chức tình huống học tập, trong đó GV tạo nên sự mất cân bằng, xuất hiện mâu thuẫn về nhận thức và điều khiển, định hướng HS tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách tự lực và sáng tạo [29]

2.1.4.2 Cơ sở lí luận trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Tâm lí học và lí luận dạy học hiện đại khẳng định: học không phải chỉ là “tiếp thu” kinh nghiệm đã có sẵn của nhân loại mà chính là “sáng tạo lại” cho bản thân mình Do đó, tổ chức dạy học phải đặt HS vào vị trí của chủ thể hoạt động nhận thức, của người nghiên cứu, khám phá Chính nhờ cách học nghiên cứu khám phá đó mà

HS nắm vững kiến thức, biết sử dụng kiến thức một cách linh hoạt, để rồi tiếp tục sáng tạo ra cái mới Như vậy, ta có thể xem học tập là một hoạt động đặc thù của con người nhằm biến những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo mà loài người đã tích lũy được thành của cá nhân mình, qua đó phát triển năng lực và hình thành nhân cách

Theo quan điểm hoạt động nêu trên thì học tập một môn khoa học cũng chính

là hoạt động “khám phá lại” những tri thức khoa học đó, cách tốt nhất là sử dụng chính phương pháp nhận thức của khoa học đó Bởi vì, nếu tổ chức hoạt động nhận thức trong học tập cho HS theo những bước đi cơ bản của hoạt động nhận thức trong khoa học sẽ giúp cho HS không những chiếm lĩnh kiến thức một cách tự lực, mà còn

là cách tốt nhất để rèn luyện phương thức hoạt động tư duy, góp phần phát triển tư duy cho HS Do đó, cách tốt nhất để dạy HS kiến thức vật lí là dạy HS phương pháp nghiên cứu vật lí Vì vậy, cần tổ chức quá trình hoạt động nhận thức vật lí của HS phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí Tuy nhiên, khi tổ chức, hướng dẫn hoạt động nhận thức theo tiến trình này, cần lưu ý cái mới mà HS tìm ra là mới đối với cá nhân HS, chứ không phải mới trong khoa học Hơn nữa, trong dạy học cái mới cũng chỉ là cái mới (khái niệm, định luật, nguyên lý, ứng dụng kĩ thuật) trong phạm vi, lĩnh vực, phần nhỏ trong vật lí học

Các nhà Tâm lí học cho rằng: tư duy tích cực của con người chỉ bắt đầu khi con người đứng trước khó khăn về nhận thức, “Năng lực nhận thức của con người

được hình thành qua chính hoạt động nhận thức” và Rubinstein đã nói “Tư duy sáng tạo luôn bắt đầu bằng tình huống có vấn đề” “Vấn đề” dùng để chỉ nhiệm vụ chứa đựng mâu thuẫn về nhận thức mà HS không thể giải quyết được khi chỉ dựa vào những kinh nghiệm sẵn có mà đòi hỏi họ phải có sự suy nghĩ độc lập, sáng tạo và kết quả là sau khi giải quyết được vấn đề thì họ thu nhận được kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo mới Nói cách khác, “Vấn đề” ở đây là vấn đề học tập mà HS phải suy nghĩ tìm cách giải quyết, họ không thể giải quyết được theo khuôn mẫu có sẵn, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết, mà phải tìm tòi, nghiên cứu, sáng tạo

Trong quá trình phát triển của vật lí học, các nhà khoa học đã sáng tạo ra nhiều phương pháp nhận thức có hiệu quả trong việc đi tìm chân lí Quá trình sáng tạo của các nhà vật lí Albert Einstein, Max Planck … đều có những quan điểm tương đồng

Hình 2 3 Chu trình sáng tạo khoa học (Theo V G Razumôpxki)

Những quan điểm đó được V G Razumôpxki khái quát hóa thành chu trình sáng tạo khoa học gồm các giai đoạn [44], [15], [13]: Từ những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình giả định của hiện tượng (tức là đề xuất giả thuyết); Từ mô hình giả định rút ra các hệ quả logic; Từ hệ quả logic đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm Nếu những sự kiện thực nghiệm phù hợp với hệ quả logic đã dự đoán thì giả thuyết đó được xác nhận và giả thuyết đó trở thành chân lí khoa học, từ

đó hình thành định luật, thuyết vật lí Cho đến khi xuất hiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với các hệ quả rút ra từ lí thuyết dẫn đến phải xem lại lí thuyết cũ, cần phải chỉnh lí, bổ sung hoặc phải thay đổi mô hình giả thuyết và bắt đầu xây dựng giả thuyết mới, thiết kế những thiết bị mới để kiểm tra Bằng cách đó, kiến thức khoa học ngày một phong phú thêm

Mô hình - Giả thuyết

Các sự kiện xuất phát

Các hệ quả logic

Thực nghiệm

Theo chu trình sáng tạo khoa học của V G Razamôpxki, ta có thể tổ chức hoạt động dạy học vật lí dựa trên nghiên cứu bao gồm bốn giai đoạn như đề xuất vấn đề; Suy đoán giải pháp; Khảo sát lí thuyết và thực nghiệm; Kiểm tra xác nhận kết quả

và vận dụng

2.1.4.3 Cơ sở thực tiễn trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Cơ sở thực tiễn dựa trên kết quả phân tích khảo sát được thực hiện qua hai đợt bồi dưỡng chuyên đề “Thiết kế và sử dụng các thí nghiệm tương tác trên màn hình máy vi tính trong dạy học Vật lí phần cơ học THPT theo hướng phát huy tích cực, sáng tạo của HS” Đợt 1 vào tháng 7 năm 2017 tại tỉnh Gia Lai, số lượng mẫu khảo sát là 60 giáo viên là tổ trưởng chuyên môn Vật lí ở các trường THPT; Đợt 2 vào tháng 12 năm 2018 tại tỉnh An Giang, số lượng mẫu khảo sát là 55 giáo viên là tổ trưởng chuyên môn Vật lí ở các trường THPT Đồng thời chúng tôi tiến hành khảo sát hơn 40 tổ trưởng môn Vật lí THPT về (a) Nhận thức của giáo viên về dạy học phỏng theo tiến trình phát hiện và giải quyết vấn đề của nhà khoa học vật lí (dựa trên quan điểm nghiên cứu); b) Tổ chức dạy học các chương “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” trong việc phát triển NLGQVĐ của HS; c) Những khó khăn trong việc dạy học chương “Động lực học chất điểm” và “Các định luật bảo toàn” nhằm phát triển NLGQVĐ và dự kiến các biện pháp khắc phục khó khăn Chúng tôi sử dụng bộ công cụ khảo sát GV bằng các phiếu hỏi cho mỗi GV (Phụ lục 1) Sau đó, chúng tôi thu thập các phiếu phản hồi

Về HS: Khi làm việc nhóm chỉ tập trung một vài thành viên, HS chưa biết cách

phân công nhiệm vụ phù hợp, còn thụ động tiếp nhận do quen với PP truyền thống, ngại trao đổi, phát biểu với bạn bè và thầy/cô và chỉ đưa ra ý kiến cá nhân khi được yêu cầu HS chưa được tạo điều kiện để tham gia vào quá trình tự phát hiện vấn đề, xây dựng giả thuyết, đề xuất giải pháp và thiết kế các phương án TN, tiến hành thí

nghiệm thu thập và xử lí kết quả TN dẫn đến khả năng phát hiện ra vấn đề chứa trong các tình huống của các em là chưa tốt, đồng thời, việc mô tả, phân tích, giải thích hiện tượng còn hạn chế

Về GV: Chưa chú trọng giao nhiệm vụ học tập để HS tự lực GQVĐ nên các

em chưa quen với cách học phát hiện vấn đề và GQVĐ Phần lớn, GV giảng giải, thông báo và mô tả, giải thích hiện tượng (GV làm trung tâm)

Về thiết bị TN: TBTN được cung cấp theo danh mục tối thiểu của Bộ Giáo

dục và Đào tạo Tuy nhiên, các thiết bị này không được bảo quản tốt nên phần lớn đã

hư hỏng, độ chính xác kém Cụ thể, các bộ TN dùng để tổ chức hoạt động dạy học GQVĐ cho HS trong giai đoạn kiểm nghiệm về định luật I, II, III Newton, ĐLBT động lượng và ĐLBT cơ năng hầu như không có Một số trường chuyên, trọng điểm của một số địa bàn trong tỉnh được trang bị thêm các bộ TN như khảo sát tương tác

va chạm của hai vật trên đệm khí sử dụng cổng quang điện, cảm biến chuyển động

và cảm biến lực Nhưng phần lớn là dùng vào tiết học thực hành hay bồi dưỡng HS giỏi Cách tổ chức của GV sử dụng TN để tổ chức trên lớp học chủ yếu là biểu diễn, minh họa hiện tượng trước lớp, thu thập số liệu, sau đó cho HS xử lí và đưa ra kết luận

Khi được hỏi về cách thức tổ chức DH ĐL III Newton theo tiến trình DH GQVĐ, phần lớn GV tiến hành cho HS xem video thí nghiệm tương tác, PowerPoint

và hình ảnh minh họa theo SGK, các TN mô phỏng (phần mềm Crocodile hoặc Working Model) về sự tương tác giữa hai vật, sau đó yêu cầu HS phân tích phương, chiều, điểm đặt của hai lực và đưa ra nhận xét về điểm đặt, giá, chiều và độ lớn của lực và phản lực Sau đó GV tổng kết và phát biểu định luật Lí do GV không thể tổ chức cho HS thực hiện kiểm nghiệm định luật này là do không có, hoặc khó thực hiện thí nghiệm thực

Khi được hỏi GV về sự hiểu biết và sử dụng TNKNMT và TNTTTMH trong

DH vật lí, Theo biểu đồ hình 2 4 a) Phần lớn các thầy/cô chỉ được giới thiệu hoặc nghe nói nhưng chưa sử dụng lần nào (55%) Bên cạnh đó một phần không nhỏ (20%) các thầy/cô chưa được biết đến TNKNMT Biểu đồ hình 2.4 b) số lượng thầy/cô đã

sử dụng (45%) và có biết nhưng chưa sử dụng (41%), thầy/cô chưa biết về TNTTTMH là (12%) thầy/cô vẫn chưa biết về TNTTTMH

Hình 2 4 Hiểu biết và sử dụng của GV về TNKNMT – TNTTTMH

❖ Những khó khăn trong việc dạy học một số kiến thức “Động lực học” và

“Các định luật bảo toàn” nhằm phát triển NLGQVĐ và dự kiến giải pháp khắc phục khó khăn

a Khó khăn trong việc dạy học kiến thức “Động lực học” và “Các định luật bảo toàn”: Tất cả GV được khảo sát đều cho rằng khó khăn trong việc DH các kiến thức

vật lí phỏng theo tiến trình dạy học phát hiện và GQVĐ của các nhà khoa học là do việc lựa chọn phương pháp, hình thức tổ chức và TBTN hỗ trợ

- Phương pháp và hình thức tổ chức lớp học: Chủ yếu GV giảng giải, thông báo

và mô tả, giải thích hiện tượng, sỉ số lớp học trên 40 HS ảnh hưởng đến cách tổ chức hoạt động nhóm và chất lượng dạy học, nếu chia ra nhiều nhóm nhỏ thì không đủ thời gian để thực hiện, thời gian cho một tiết học quá ít, nên chưa đủ thời gian để tiến hành cho HS hoạt động và luyện tập

- TBTN hỗ trợ: Chưa có các bộ thí nghiệm kiểm chứng các giả thuyết tổng quát

hoặc TBTN không chính xác Nên chỉ dùng TN mô phỏng hoặc video, TN mang tính biểu diễn, dụng cụ khó quan sát Sử dụng TN ảo nên chưa hấp dẫn đối với HS

Giải pháp: Dựa trên phân tích kết quả khảo sát thu được, chúng tôi dự kiến đưa ra

một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng dạy học Vật lí phỏng theo DH phát hiện

và GQVĐ

- Về phía GV cần thay đổi cách thức tổ chức hoạt động học tập, chú trọng giao

nhiệm vụ học tập cho HS tự lực GQVĐ, tạo điều kiện cho HS tham vào quá trình

tự phát hiện vấn đề, xây dựng giả thuyết, đề xuất giải pháp và thiết kế các phương

án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí kết quả thí nghiệm

- Nhà trường cần trang bị đầy đủ hệ thống máy tính, mạng Internet, TBTN trong

dạy học vật lí phải đầy đủ, chính xác khoa học đáp ứng yêu cầu dựa trên nghiên cứu có tính khoa học cao

Có thể thấy, thực tiễn dạy học phát hiện và GQVĐ ở một số địa phương chưa

đề cập đến việc tổ chức dạy học phát hiện và GQVĐ ở mức cao (cụ thể là chưa nghiên cứu các trường hợp, hiện tượng, quá trình mang tính tổng quát) Tình trạng TBTN dạy học bị thiếu, không có, thiếu chính xác, cồng kềnh không đáp ứng yêu cầu tổ chức dạy học phát hiện và GQVĐ ở mức cao

2.1.5 Phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu

2.1.5.1 Phát triển và đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dựa trên nghiên cứu

Giải quyết vấn đề là đặc thù của việc tìm hiểu, khám phá thế giới khoa học, là một trong những nội dung giáo dục của môn vật lí NLGQVĐ là khả năng của một

cá nhân hiểu và GQVĐ khi mà giải pháp giải quyết chưa rõ ràng Nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào GQVĐ đó, thể hiện tiềm năng là công dân tích cực và có tinh thần

xây dựng [57] Trong luận án này, chúng tôi quan niệm “NLGQVĐ của HS là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, động cơ của HS đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn ngay lập tức” [45]

Để xác định các thành phần năng lực, trước hết căn cứ vào bối cảnh và các nội dung của vấn đề cần giải quyết HS cần có khả năng GQVĐ trong nội bộ lĩnh vực đồng thời cũng có khả năng GQVĐ gặp phải trong cuộc sống thông qua những kiến thức, kĩ năng học được và kinh nghiệm của bản thân Xuất phát từ định nghĩa NLGQVĐ và bối cảnh, chúng tôi xác định các thành phần NLGQVĐ của HS trong học tập vật lí bao gồm: